オオムギのイネいもち病(Magnaporthe oryzae)の初期感染部位を基礎顕微鏡とスマートフォンで可視化

イネいもち病菌であるマグナポルテ・オリゼは、大麦、小麦、米などのさまざまな穀物に感染します¹。この病原体は壊滅的な病気を引き起こし、これらの貴重な作物に世界的な脅威をもたらし、制御しないと完全な作物の損失を引き起こします。世界中の多くの研究所は、その世界的な脅威と植物と真菌の相互作用の優れたモデルとしての属性のために、イネいもち病に焦点を当てています²。それは完全に配列決定されており、その感染サイクルの遺伝学、特に初期のイベントが確立されています^3,4。ライフサイクルは、葉の表面に胞子が発芽することから始まり、付着器と呼ばれる特殊な貫通構造を形成します。付着器は葉の組織を貫通し、感染は胞子形成のプロセスを開始し、病気を広げる病変の発生とともに続きます⁴。これらの初期の出来事のいずれかを防ぐことは、この壊滅的な病気を劇的に抑制するでしょう。その結果、いもち病に関する最新の研究のほとんどは、付着器を形成する発芽分生子から侵襲性菌糸および生物栄養界面複合体(BIC)の開発まで、初期の感染ステップに焦点を合わせています⁵。

いもち病に関する膨大な量の研究はイネで行われてきましたが、 M. oryzae はさまざまな作物にとって重要な病原体であり、新たに進化した株が小麦に対する世界的な脅威として浮上しています⁶。米は小麦やトウモロコシと並んで人口を養うために使用される上位3つの主食作物の1つですが、大麦は家畜飼料とビール生産の点で4番目の穀物です⁷。クラフトビール産業が成長するにつれて、大麦の経済的価値も高まります。 M. oryzae と大麦をいもち病を研究するための病理システムとして使用することには明確な利点があります。第一に、オオムギだけに感染する M. oryzae の株と、複数の草種に感染することができる株があります。たとえば、4091-5-8は主に大麦のみに感染しますが、Guy11と70-15は主に大麦と米の両方に感染する可能性があります⁸。これらの株は遺伝的に類似しており、感染プロセスは同等です⁹。第二に、標準的な実験室および温室条件下では、大麦は米の複雑な要件(簡潔な温度制御、高湿度、比光スペクトル)がないため、栽培が容易です。また、葉の表面が疎水性であるため、イネにはイメージングの課題があり、大麦は¹⁰を示しません。

このプロトコルは、一般的な実験用品とデータ収集用のスマートフォンを使用して、複数の感染段階の顕微鏡分析のために大麦葉鞘を分離し、効果的に利用するための簡単な方法を提示します。大麦葉鞘アッセイのこの方法は、最小限の供給で済み、病原体とそれが感染する最初の数細胞との間の微視的相互作用の明確な画像を提供するため、世界中のラボに適応できます。スプレーや液滴接種などの病原性アッセイは、病原体が病変を形成する能力のマクロビューを提供できますが、このアッセイにより、研究者は、浸透前のイベントから表皮細胞のコロニー形成まで、早期感染の特定のステップを視覚化できます。さらに、研究者は、野生型真菌による感染を、病原性が低下した変異体による感染と容易に比較することができる。